施用復合肥對巴戟天產量、養分吸收和寡糖累積量的影響

馮為迅，楊源通，蘇立城，盛 晗，隆曼迪，儲雙雙，曾曙才

(1 華南農業大學 林學與風景園林學院,廣東 廣州 510642；2 中山大學 環境科學與工程學院/廣東省環境污染控制與修復技術重點實驗室,廣東 廣州 510006)

巴戟天Morindaofficinalis為茜草科巴戟天屬植物，是我國著名“四大南藥”之一，以根入藥，性微溫，味甘、辛，具有祛風濕、補肝腎、強筋骨功效，可用于治療風濕痹痛、陽痿遺精、月經不調、筋骨痿軟等[1]。巴戟天寡糖含量在藥用成分總量中比例較高[2]，是主要的活性成分，具有抗抑郁、抗衰老、抗腫瘤、抗氧化、提高機體免疫力和改善生殖功能等藥理作用[3-5]。

施肥是藥用植物增產的主要管理措施之一，肥料的施用會顯著影響中草藥的生長及有效成分的積累[6]。藥用植物有效成分的形成以及含量變化是一個復雜的動態過程，與土壤肥力、生長環境以及植物生長年限等均有緊密的聯系。合理施肥能提高藥用植物產量，同樣會影響藥用植物品質。有研究發現氮(N)、磷(P)、鉀(K)肥合理配施有利于提高藥用植物有效成分含量[7]，但也有研究發現，施肥后會降低藥材有效成分含量[8-9]。施肥對巴戟天生長與寡糖積累的影響尚不清楚，因此，施肥如何影響巴戟天的藥用成分，有待深入研究。

目前對巴戟天的研究多側重于藥理作用[10-11]、加工方法[12]、種植產地[13]、種植年限[14-15]、種植方式[16-17]等方面，對巴戟天需肥規律和養分吸收特性等方面的研究較少，現在亟需加強復合肥對巴戟天生長及其對藥材產量、品質影響的研究。為此，本研究通過盆栽試驗，研究復合肥不同施用量對巴戟天產量、養分吸收和寡糖累積的影響，探討施肥量對巴戟天生長品質的作用規律，為巴戟天的規范化種植提供理論依據，促進產業發展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗土壤采自廣東省德慶縣(N23°25′97″，E111°89′70″)，取表層0～20 cm 的土壤，自然風干后碾碎過孔徑3 mm 篩網備用。供試土壤基本性質：全氮0.80 g·kg-1、堿解氮72.96 mg·kg-1、全磷0.17 g·kg-1、速效磷17.95 mg·kg-1、全鉀17.82 g·kg-1、速效鉀132.97 mg·kg-1、有機質13.57 g·kg-1、pH 5.0。

供試植物為長勢基本一致的1 年生巴戟天扦插苗，采購于廣東省德慶縣德鑫農業有限公司，平均株高10.52 cm，地徑2.76 mm。肥料為雅苒大田復合肥，N、P2O5、K2O 的質量分數均為15%，塑料盆的規格為21.5 cm×23.0 cm(口徑×高)。

1.2 試驗設計

試驗在華南農業大學林學與風景園林學院溫室大棚進行，每盆添加土壤的干質量為4 kg。試驗設置6 個處理，每個處理施用肥料的總量分別為0、2、4、6、8 和10 g，每盆N、P2O5、K2O 對應的總施用量分別為0、0.3、0.6、0.9、1.2 和1.5 g，分別記作CK、T1、T2、T3、T4 和T5，每個處理重復5 次(每盆為1 次重復，每盆種植1 株巴戟天)。盆栽隨機擺放，每隔1 個月移動1 次，施肥分作2 次等量進行，距第1 次施肥4 個月后進行第2 次追肥，試驗周期為9 個月。水分管理視天氣情況與盆栽土壤的干濕情況進行，每隔1～3 d 定量澆水，及時清除雜草。

1.3 樣品采集與分析

種植9 個月后，采用游標卡尺測量巴戟天的地徑，隨后全株采收，將收獲的巴戟天植株清洗干凈后晾干，將植株分為地上部和根部，置于烘箱中恒溫105 ℃殺青30 min，然后調至75 ℃烘干至恒質量，并稱量干質量。

巴戟天各部位樣品經濃硫酸-過氧化氫消煮后獲得待測液，N、P、K 含量分別用奈氏比色法、鉬銻抗比色法、火焰分光光度計法測定。巴戟天肉質根寡糖含量采用高效液相色譜-蒸發光散射法測定[13]。

1.4 數據分析

所有試驗數據利用Microsoft Excel 2016 進行整理分析，試驗中每個處理共5 次重復，取其中3 次各項指標的數據進行分析，運用SPSS 22.0 對土壤理化性質和供試植物的生長指標進行單因素方差分析(One-way ANOVA)、Duncan’s(α=0.05)多重比較和主成分分析，圖表中數據均為平均值±標準誤(n=3)。采用Origin 2021 軟件繪圖。

采用以下公式計算養分(N/P/K)積累與肥料利用效率等指標：

2 結果與分析

2.1 復合肥不同施用量對巴戟天生長的影響

由表1 可知，與CK 相比，施用復合肥在不同程度上促進了巴戟天地徑的生長，但各處理間的差異均未達到顯著水平；不同施肥處理均能顯著提高巴戟天的總生物量(P＜0.05)，且隨著施肥量的增加，巴戟天總生物量呈現先增加后下降的變化趨勢；除T1 處理外，其余施肥處理均顯著提高巴戟天根部產量(P＜0.05)，并且與總生物量的變化規律一致。與CK 相比，T1～T5 處理巴戟天總生物量增加了30.72%～128.10%，根部產量增加了17.11%～114.47%，均在T3 處理達到最大值，顯著高于其他處理(P＜0.05)，分別為13.96 和1.63 g。

表1 復合肥不同施用量對巴戟天生長指標的影響1)Table 1 Effects of different application amounts of compound fertilizer on growth indexes of Morinda officinalis

2.2 復合肥不同施用量對巴戟天養分吸收的影響

如圖1 所示，巴戟天在施肥條件(T1～T5)下的地上部和根部N、P、K 含量均高于CK 的，但不同施肥量之間存在差異。其中，巴戟天地上部N、P、K 含量大體呈現隨施肥量增加而升高的趨勢，T5 處理的N、K 含量最高，T4 處理的P 含量最高，均顯著高于CK、T1 和T2 處理的，相較于CK 增幅達31.66%～101.83%。巴戟天根部N、P、K 含量隨施肥量的增加呈現先增后降的趨勢，最高值均在T3 處理，分別為30.38、3.90 和10.82 mg·g-1，是CK 的0.52～1.62 倍。

圖1 復合肥不同施用量對巴戟天不同部位N、P、K 含量的影響Fig.1 Effects of different application amounts of compound fertilizer on contents of N,P and K in different parts of Morinda officinalis

不同處理對巴戟天各部位N、P、K 累積量的影響如圖2 所示。各處理地上部N、P、K 累積量均大于根部的，CK 各部位的N、P、K 積累量均最低。巴戟天不同部位N、P、K 累積量均隨施肥量增加先增后降，在T3 處理達到最大值，各部位N、P、K 累積量均顯著高于其他處理(P＜0.05)(T4 處理的全株和地上部P 累積量除外)，全株N、P、K 累積量分別是CK 的4.18、3.23、2.97 倍。

圖2 復合肥不同施用量對巴戟天各部位N、P、K 單株累積量的影響Fig.2 Effects of different application amounts of compound fertilizer on the accumulation of N,P and K per plant in different parts of Morinda officinalis

2.3 復合肥不同施用量的肥料利用效率

如表2 所示，不同施肥處理中巴戟天對肥料中N、P、K 等養分元素的利用效率有顯著差異，均表現為N＞K＞P。隨著肥料施用量的增加，N、P、K 利用效率均呈先增后降趨勢，T3 處理對N、P 和K 的利用效率均達最高，分別為41.35%、3.23%和16.62%。各處理中巴戟天對肥料中N、P、K 等養分元素的利用效率均表現為T3＞T1＞T2＞T4＞T5，其中T3 和T1 處理N 和P 利用效率顯著高于其他處理，T3 處理K 利用效率均顯著高于其他處理的(P＜0.05)。

表2 復合肥不同施用量的肥料利用效率1)Table 2 Fertilizer utilization efficiency of different application amounts of compound fertilizer %

2.4 復合肥不同施用量對巴戟天有效成分寡糖的影響

如圖3 所示，巴戟天的4 種寡糖含量均隨施肥量增加呈現先降后增的趨勢。所有施肥處理的4 種寡糖含量均低于CK，降幅最大達35.65%。其中，1-蔗果三糖含量在T1 處理最低，其他寡糖含量均在T 3 處理最低，相較于C K 降幅達8.5 6%～35.65%。各處理中蔗糖和1-蔗果三糖含量無顯著差異，T3 處理的耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量低于其余處理。

圖3 復合肥不同施用量對巴戟天4 種寡糖含量的影響Fig.3 Effects of different application amounts of compound fertilizer on contents of four oligosaccharides in Morinda officinalis

不同處理對巴戟天4 種寡糖累積量的影響如圖4所示，施肥處理寡糖累積量高于CK，同一處理中蔗糖累積量高于其他3 種寡糖。巴戟天蔗糖、1-蔗果三糖、耐斯糖和寡糖總累積量均隨復合肥施用量增加呈先增后降的趨勢，最高值均在T3 處理，單株累積量分別為81.58、59.23、38.22 和217.08 mg，相較于CK，增幅達28.41%～95.98%。除T4 處理的1F-果呋喃糖基耐斯糖外，T2～T5 處理4 種寡糖的累積量均顯著高于CK 和T1 處理的(P＜0.05)。施肥處理間，T3 處理的巴戟天蔗糖、1-蔗果三糖和寡糖總累積量均顯著高于其他處理的，耐斯糖累積量顯著高于T1 和T2 處理的(P＜0.05)。

圖4 復合肥不同施用量對巴戟天4 種寡糖單株累積量的影響Fig.4 Effects of different application amounts of compound fertilizer on accumulation of four oligosaccharides in Morinda officinalis

2.5 相關性分析

巴戟天產量、養分和寡糖的相關性如圖5 所示。巴戟天總生物量、產量與全株的N/K 含量、4 種寡糖累積量均呈極顯著正相關(P＜0.01)，與全株P 含量顯著正相關(P＜0.05)，而與耐斯糖、1F-果呋喃糖基耐斯糖含量呈極顯著負相關。巴戟天全株N 含量與P/K 含量、4 種寡糖累積量呈極顯著正相關，但與耐斯糖、1F-果呋喃糖基耐斯糖含量呈極顯著負相關；全株P 含量與4 種寡糖含量呈負相關，其中與耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量有顯著負相關關系；全株K 含量與耐斯糖、1F-果呋喃糖基耐斯糖含量呈極顯著、顯著負相關。

圖5 巴戟天不同指標的相關性分析Fig.5 Correlation analyses of different indicators for Morinda officinalis

巴戟天4 種寡糖累積量與產量、總生物量的正相關性最大，其次為全株N、K、P 含量。4 種寡糖累積量與寡糖含量的相關性多數為負相關，其中除1F-果呋喃糖基耐斯糖累積量與1F-果呋喃糖基耐斯糖含量的相關性外，耐斯糖、1F-果呋喃糖基耐斯糖含量與4 種寡糖累積量有顯著或極顯著負相關關系。

2.6 綜合評價

選取巴戟天總生物量、產量、全株N/P/K 含量、4 種寡糖累積量等9 個指標進行主成分分析，綜合評價不同施肥量對巴戟天的效果。KMO 值為0.822(＞0.6)，Bartlett 球形檢驗的顯著性系數為0.000(＜0.05)，說明數據適合進行主成分分析。結果(表3)表明，前兩個主成分的特征值大于1 且各指標的累積貢獻率達85.994%，說明已包含巴戟天各指標的大部分信息。其中，第一主成分的貢獻率達74.246%，第二主成分僅占11.748%，特征值分別為6.682 和1.057；所有指標均對第一主成分起主要貢獻，而對第二主成分起主要貢獻的有全株P 含量和1F-果呋喃糖基耐斯糖累積量(載荷系數絕對值大于0.4 時，說明該項指標對相應主成分貢獻較大)，因此第一主成分起主導作用。將載荷系數除以對應特征根的算術平方根得到線性組合系數，各主成分的線性函數表達式為：

表3 主成分分析的載荷系數Table 3 Loading coefficients for principal component analysis

式中，F1：第一主成分得分，F2：第二主成分得分；X1：總生物量，X2：產量，X3：全株N 含量，X4：全株P 含量，X5：全株K 含量，X6：蔗糖累積量，X7：1-蔗果三糖累積量，X8：耐斯糖累積量，X9：1F-果呋喃糖基耐斯糖累積量。

將標準化處理的各指標數據代入公式(4)(5)，得出各主成分得分，再計算各處理的綜合得分(F)。

由圖6 和表4 得出不同處理的主成分得分排序為T3＞T5＞T4＞T2＞T1＞CK，其中T3 和T5 處理均在第一主成分的正方向上，且T3 處理分值最大。施用復合肥處理(T1～T5)主成分得分均大于CK，表明施肥促進巴戟天生長和寡糖累積。

圖6 復合肥不同施用量的主成分分析Fig.6 Principal component analyses of different application amounts of compound fertilizer

表4 復合肥不同施用量的主成分分析綜合得分Table 4 Comprehensive score of principal component analysis of different application amounts of compound fertilizer

3 討論

3.1 施用復合肥對巴戟天產量的影響

施用復合肥可以提高土壤肥力，為植物提供生長所需的營養元素[18]，是提高藥用植物產量的重要措施。中藥材人工種植的研究發現，施肥能夠提高川明參Chuanminshenviolaceum[19]、川芎Ligusticum chuanxiong[20]、丹參Salviamiltiorrhiza[21]等多種中藥材的產量。本研究同樣發現，合理的施肥可以促進巴戟天生長，提高藥材產量，但過量施肥在一定程度上會降低藥材產量。范巧佳等[22]對川芎施用不同水平N 肥發現，與中水平N 肥(31.8 kg·hm-2)相比，高水平N 肥(54.3 kg·hm-2)降低川芎產量；賈襲偉等[23]對款冬Tussilagofarfara施肥后發現，地上部和根部干質量均隨施肥量增加呈先增加后減少的趨勢，與本試驗結果一致。

3.2 施用復合肥對巴戟天養分元素吸收的影響

N、P、K 是藥用植物生長發育所需的重要元素，科學合理的施肥有利于提高藥用植物的產量和品質。本研究發現，施復合肥可以促進巴戟天對N、P、K 等養分的吸收，但隨著施肥量的增加，巴戟天對N、P、K 等養分的累積量均呈現先快速增加后緩慢下降的趨勢，說明適量施肥能促進巴戟天對養分的吸收，過量施肥則會降低養分累積量。肥料利用率是衡量施肥是否合理的一項重要指標，通過提高肥料利用率可提高施肥的經濟效益、降低肥料投入并減少對環境的污染[24]。本研究發現，巴戟天對復合肥的肥料利用率隨施肥量的增加先呈上升趨勢，并在T3 處理達到最大，隨后急速下降。雖然T4 和T5 處理巴戟天養分(N、P 和K)含量和累積量均大于T1 和T2 處理，但從生態環境及經濟方面考慮，T4、T5 處理并非本研究的最佳施肥配方。

N 是植物體內葉綠素、蛋白質和核酸等物質的重要組成部分，施N 肥能明顯提高植物光合速率，從而促進植物生長[25]。本研究中巴戟天N、P、K 元素累積量大小表現為N＞K＞P，表明巴戟天生長過程中對N 肥需求量較大，其次是K 肥，對P 肥需求較少，此結論與潘超美等[26]對巴戟天的研究結果基本一致，與漆小雪等[27]對黃花蒿ArtemisiaannuaN、P、K 累積量的研究結果基本一致。因此，在生產管理上應根據土壤理化性質合理滿足巴戟天對N 肥的需求，合理補充K 肥和P 肥。

3.3 施用復合肥對巴戟天寡糖的影響

在巴戟天栽培研究中，施肥對巴戟天寡糖影響的研究鮮見報道。本研究發現，隨著施肥量的增加，巴戟天4 種寡糖含量均呈先降后增的趨勢，與生物量的變化趨勢相反，說明巴戟天在良好的生長條件(適量施肥)下，以生長發育為主，進而提高產量，但其藥用成分含量有所降低，而在不施肥條件下生長較慢，產量降低，但其藥用成分含量上升。巴戟天不施肥處理下4 種寡糖含量均高于施肥處理，其中耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量差異達到顯著水平，說明巴戟天的高產量與高品質往往不能同時實現，符合植物次生代謝物合成機制中的生長/分化平衡假說、碳素/營養平衡假說和資源獲得假說[28]。

大量研究表明，合理施肥可以提高藥用植物的產量并促進藥用植物有效成分的累積[7,19,29-30]。本研究發現，相比于不施肥處理，雖然施肥處理巴戟天寡糖含量降低，但是寡糖累積量顯著提高。寡糖累積量隨復合肥施用量增加呈先增后降的趨勢，除1F-果呋喃糖基耐斯糖外，其他3 種寡糖累積量最高值均在T3 處理(單株總施肥量為6 g)，表明合理施肥可以增加巴戟天寡糖累積量。

施肥對藥用植物產量與有效成分含量影響的研究發現，提高產量的同時會降低其有效成分含量[8-9,31]，與本試驗結果相似。平衡產量與有效成分含量是藥用植物人工種植的關鍵。在巴戟天制藥應用當中，有效成分寡糖的提取量由累積量決定[32]，所以提高巴戟天的寡糖累積量才是關鍵，本研究表明，適量施肥可顯著提高巴戟天寡糖的累積量，進而增加單位面積巴戟天的生產效益。

3.4 施用復合肥對巴戟天不同指標相關性的影響

巴戟天的產量、養分含量和寡糖含量間存在相關性。巴戟天N、P 和K 元素含量間呈顯著正相關，3 種養分元素共同促進植物生長[33]。本試驗中巴戟天耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量與產量、養分(N/P/K)含量呈顯著或極顯著負相關，蔗糖、1-蔗果三糖含量與產量、N/P 含量呈負相關但未達到顯著水平，巴戟天生長越快，吸收養分越多，其寡糖含量會相對降低；可能是由于施用復合肥能夠提高土壤肥力，促進巴戟天的生長和養分吸收，但是寡糖的合成速率未跟上巴戟天生長速度，從而導致寡糖含量降低。

盡管巴戟天4 種寡糖含量與總生物量、產量為負相關(-0.879～-0.095)，但巴戟天4 種寡糖累積量與產量的相關性最高(0.695～0.955)，且大于4 種寡糖累積量與其含量的相關性(-0.803～0.238)，說明寡糖累積量的主要影響因子是巴戟天產量而不是品質，與魯澤剛等[34]對燈盞花的研究結果相似。因此，在巴戟天栽培以及根部藥用成分寡糖開發利用過程中，施肥管理的結果往往是增加根部藥用成分產量，通過促進根部產量最大化而提高藥用成分收獲量，并非直接影響藥用成分的含量。

4 結論

施復合肥能不同程度地促進巴戟天對養分(N、P 和K)的吸收，提高產量，促進有效成分寡糖的累積，養分及寡糖累積量隨復合肥施用量增加呈先增后降的趨勢，T3 處理效果最佳。巴戟天對養分的需求表現為N＞K＞P，所以在巴戟天種植過程中應以N 肥為主，適量補充K 和P 肥。巴戟天高產和優質不能兼得，寡糖累積量的主要影響因子是產量，巴戟天產量、養分元素含量與耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量呈顯著負相關，雖然耐斯糖和1F-果呋喃糖基耐斯糖含量均在T3 處理最低，但其產量和寡糖累積量最高。因此，在現實生產中，通過施肥能夠有效增加巴戟天根部藥用成分產量，從而進一步提高單位面積巴戟天的生產效益。